Hohe Strom- und Energiekosten treiben vielen Menschen in Deutschland Sorgenfalten auf die Stirn. Insbesondere der Wechsel hin zu grünen Energien - so notwendig er ist - scheint die Endverbraucher teuer zu stehen zu kommen. Eine unerschöpfliche Energiequelle, aus der sich saubere Energie gewinnen lässt, würde da viele Probleme lösen und die Menschheit im Ringen mit dem Klimawandel unterstützen.
Von einer solchen Energiequelle will das California Institute of Technology (Caltech) im Rahmen eines neuen Projektes zehren. Ein Satellit hat es jüngst geschafft, im Weltall gewonnene Energie drahtlos zur Erde zu übertragen. Worum es bei dem Projekt geht und wie der erste Versuch verlaufen ist, erfahren Sie hier.
Übrigens: Ein recht neues Projekt ist auch die Jupiter-Sonde der Europäischen Raumfahrtorganisation (ESA). Die Sonde JUICE soll die eisigen Monde des Jupiter-Systems aufsuchen.
Strom aus dem Weltall: Darum geht es beim Space Solar Power Project
Wer Raketenstarts, wie den von Starship, der größten Rakete der Welt, interessiert, dürfte im Januar 2023 über folgende Meldung gestolpert sein: Beim Start einer SpaceX-Rakete sollte auch ein Raumsonden-Solarstrom-Prototyp für weltraumgestützte Solarenergie ins All geschossen werden. Bei dem damaligen Satelliten handelte es sich um einen Prototyp des Caltech, der laut heise.de im Rahmen des Space Solar Power Projects (kurz SSPP) gleich mehrere Aspekte der Technologie im All ausprobieren sollte. Zum einen ging es um den modularen Aufbau der geplanten, riesigen Struktur, zum anderen um die Suche nach den effektivsten Solarzellen für eine Stromgewinnung und die drahtlose Übertragung der Energie auf die Erde.
Das Caltech-Projekt ist aus mehreren Gründen von großer Bedeutung: Zum einen könnte man über Raumsonden-Solarstrom beinahe unbegrenzt die Sonnenernergie im Weltraum nutzen. Denn im Gegensatz zu der Erde wo die Sonnenenergie durch Zyklen von Tag und Nacht, Wolken und Jahreszeiten begrenzt ist, ist die Sonnenenergie im Weltraum ständig verfügbar. Laut der Caltech-Forscher könnten dies potenziell acht Mal mehr Leistung als Solarzellen an jedem Ort auf der Erde liefern. Zudem könnte das Projekt den Bereich der Energieübertragung revolutionieren. Schafft man es, Energie aus dem Weltraum drahtlos zu übertragen und nachweisbar zur Erde zu senden, ist dies ein Durchbruch in der Art und Weise, wie Menschen Energie erzeugen und verteilen können.
Das Ziel der Forscher ist es zudem, an Orten, die derzeit keinen zuverlässigen Zugang zu Energie haben, eine konstante Energiequelle zu bieten. Sollte sich das SSPP als Erfolg erweisen und vollständig realisiert werden, wollen die Caltech-Experten eine Konstellation Raumfahrzeugen einsetzen, die Sonnenlicht sammeln, es in Elektrizität umwandeln und diese dann über weite Strecken dorthin schicken, wo sie benötigt werden.
Aus dem All auf die Erde: So sendet SSPP Solarstrom
Doch wie funktioniert das Space Solar Power Project? Wer sich für den genauen Aufbau des SSPP interessiert, kann einen Blick auf den Youtube-Account des Caltech werfen. Bei der Übertragung von Energie spielt einer von drei Projektteilen, eine herausragende Rolle: MAPLE. MAPLE ist die Kurzform von "Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment".
MAPLE besteht aus einem Array, also einer Anordnung, von Mikrowellenenergieübertragern. Die Überträger sind wie kleine Antennen, die Mikrowellenenergie aussenden können. Mikrowellen haben eine deutlich längere Reichweite als Licht. MAPLE Überträger werden von elektronischen Chips angetrieben, die so programmiert sind, dass sie die Mikrowellenenergie auf spezifische Weise aussenden. Die Caltech-Forscher bezeichnen dieses Prinzip als "konstruktive Interferenz". Es besagt, dass, wenn zwei oder mehr Wellen am gleichen Ort zusammentreffen, sie sich zu einer stärkeren Welle addieren können.
Dies macht es möglich, dass die Energie auf einen bestimmten Punkt fokussiert werden kann. Indem MAPLE dieses Verfahren nutzt, kann es also sehr starke Welle auf einen bestimmten Punkt auf der Erde richten. Dort nimmt ein Empfänger die Energie auf und wandelt sie in elektrische Energie um.
Erfolg im Mai: MAPLE überträgt Energie auf die Erde
Eine solche Übertragung ist den Forschern nun tatsächlich gelungen, wie das Caltech im Juni berichtete: Auf dem Dach des Gordon and Betty Moore Laboratory of Engineering auf dem Caltech-Campus in Pasadena erfasste ein Empfänger am 22. Mai die von MAPLE gesendete Energie. Laut Caltech sei das erwartete Signal zum erwarteten Zeitpunkt und auf der erwarteten Frequenz erschienen und hatte die richtige Frequenzverschiebung, die auf aufgrund der Umlaufbahn vorhergesagt wurde.
"Durch die bisher durchgeführten Experimente haben wir die Bestätigung erhalten, dass MAPLE erfolgreich Energie an Empfänger im Weltraum übertragen kann", sagte Caltech-Teamlead Ali Hajimiri, der als Ingenieurs-Professor am Caltech arbeitet. "Wir waren auch in der Lage, das Array so zu programmieren, dass es seine Energie auf die Erde richtet, was wir hier am Caltech festgestellt haben. Wir hatten es natürlich auf der Erde getestet, aber jetzt wissen wir, dass es die Reise ins All überstehen und dort funktionieren kann."
Einen kurzen Blick in die Zukunft erlaubte sich nach dem erfolgreichen Experiment auch Harry Atwater (Otis Booth Leadership Chair der Division of Engineering and Applied Science): "Die Demonstration der drahtlosen Energieübertragung im Weltraum unter Verwendung von Leichtbaustrukturen ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Solarenergie im Weltraum und zu einem breiten weltweiten Zugang zu ihr."
Es erscheint also gar nicht mehr so unwahrscheinlich, dass wir die Energie für unseren Strom vielleicht irgendwann einmal direkt aus dem Weltall beziehen. Diese Idee haben auch die Europäische Raumfahrtorganisation ESA und das Land China für sich entdeckt. Während die ESA laut Berichten der Frankfurter Rundschau bereits dabei ist, mit Studien und der Entwicklung von Technologie in das Feld einzusteigen, plant China offenbar ein komplettes Solarkraftwerk im All zu betreiben.
